Validation du dimensionnement d’opérations d’usinage de pièces industrielles sujettes à vibrations à partir de simulations.

Validation of the dimensioning of machining operations on industrial parts subject to vibration, based on simulations.

• Auteur / Autrice : Marc Raffestin
• Direction : Philippe Lorong, Mikhail Guskov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 27/05/2024
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Joël Rech
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Lorong, Mikhail Guskov, Joël Rech, Vincent Gagnol, Edouard Rivière-Lorphèvre, Hélène Chanal
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Gagnol, Edouard Rivière-Lorphèvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation

Vibrations

Thèses et écrits académiques

Usinage

Mots clés libres

Usinage

Vibrations

Simulation numérique

Analyse modale

Pièce flexible

Bridage

Machining

Vibrations

Numerical simulation

Modal analysis

Flexible part

Clamping

Résumé

Dans le domaine automobile, les pièces de structure de la mobilité électrique, comme les bacs de batteries, génèrent, de par leur souplesse et leurs dimensions, des difficultés nouvelles lors de la mise au point de leur usinage. Les déflections et vibrations potentielles de la pièce en cours de fraisage sont alors très dépendantes de la nature et de la position des points de bridage ainsi que de la trajectoire de l’outil. Pour anticiper les problèmes, optimiser les choix et analyser les phénomènes présent, une approche par simulation numérique peut alors être un atout décisif. L’aptitude de cette simulation à reproduire les phénomènes observés avec suffisamment de fidélité pour permettre des choix dans un contexte industriel est alors à montrer.Dans ce travail de thèse, une approche numérique (via le solveur nessy2m) est retenue afin de développer une simulation prédictive de la géométrie des surfaces usinées et des efforts de coupe dans un contexte vibratoire. La pièce d’étude considérée est un profilé extrudé qui est inspiré d’une famille de composants industriels. Elle présente un comportement représentatif des problématiques rencontrées sur ces composants. La fidélité des simulations vis-à-vis des essais réalisés durant la thèse est abordée tant du point de vue des paramètres numériques que des modèles constitutifs du modèle global de simulation. La sensibilité des résultats à ces modèles est notamment abordée. Une approche basée sur des travaux modaux des efforts de coupe a été mise en œuvre pour faciliter l’analyse des simulations ainsi que la comparaison de résultats obtenus pour différents paramètres ou configurations d’usinage. Les aspects bridage, modélisation et impacts de leur localisation, sont également étudiés. Pour l’obtention de modèles prédictifs, un point clé est la prédiction des dissipations au niveau des points de bridage. Une première approche de la prise en compte de ces phénomènes est proposée. Enfin, un cas démonstrateur, induisant l'apparition de vibrations dans une configuration initiale de bridage et de conditions de coupe, est présenté. L'objectif sera alors de déterminer deux solutions réduisant les vibrations du système. La première utilise l’ajout d’un anti-vibreur et la seconde consiste en un changement de la trajectoire.

In the automotive industry, the flexibility and dimensions of structural parts for electric mobility, such as battery trays, present new challenges for the implementation of their machining. The potential deflections and vibrations of the part during milling are highly dependent on the nature and location of the clamping points and the tool trajectory. To anticipate problems, optimise choices and analyse the phenomena involved, a digital simulation approach can be a decisive asset. The ability of this simulation to reproduce the observed phenomena with sufficient fidelity to enable choices to be made in an industrial context then needs to be demonstrated.In this thesis work, a numerical approach (via the nessy2m solver) is adopted in order to develop a predictive simulation of the geometry of machined surfaces and cutting forces in a vibratory context. The part under study is an extruded profile inspired by a family of industrial components. Its behaviour is representative of the problems encountered with these components. The fidelity of the simulations in relation to the tests carried out during the thesis is discussed from the point of view of both the numerical parameters and the behaviour models involved in the nessy2m simulation. In particular, the sensitivity of the results to these models is discussed. An approach based on modal work of cutting forces has been elaborated to facilitate the analysis of simulations and the comparison of results obtained for different cutting parameters or machining configurations. The clamping aspects, the modelling of their contributions and the impact of their location are also studied. A key point in obtaining predictive models is the prediction of dissipation at clamping points. An initial approach to taking these phenomena into account is proposed. Finally, a demonstrator case is presented, which induces the appearance of vibrations in an initial configuration of clamping and cutting conditions. The objective is then to define two solutions to reduce system vibrations. The first involves adding an anti-vibration device and the second consist in changing the trajectory.